디지털 회로 수업-파동에 대한 기초적인 지식과 그에 관련된 회로

안녕하세요?

이번 포스팅에서는 지난번에 다 끝내지 못한 수업의 1/3에 해당하는 내용을 포스팅해야 겠는데, 일단 초반부에 수업시간에 제가 들었던 내용을 기반으로 일련의 이론에 해당하는 것을 정리해 놓았는데, 다소 오류가 많이 있을 수 있다는 생각이 듭니다. 그래서 잘못된 것이 있다면 언제든지 댓글로 알려주시면 감사합니다.

먼저 frequency(주파수)라는 것에 대해서 들어가야 하는데, 1초당 파형이 얼마나 나오느냐 하는 것을 말한다고 합니다. 예를 들어서 60Hz라고 하면, 1초 안에 위 그림에서 보이는 것과 같은 파형이 60번 나온다는 소리가 된다는 것입니다.

그리고 파형에 따라서 일단 소개가 되기로는 5개의 파가 있다고 합니다. 

갑자기 디지털 회로를 만들다가 왠 파동이냐고 하실 건데요, 위 그림에서 묘사하고 있는 것처럼 J-K filp-flop(플립플롭) 칩이 있다고 합니다. 일단 clock라고 되어 있는 부분은 시계는 아니고.... 진동을 주는 주파수 신호가 들어가는 곳이라고 합니다. 특이한 점으로는 여기에 신호가 들어가기 때문에 전용칩에 특별히 전원을 공급해 주지 않아도 회로가 작동을 한다고 합니다.

뭐라고 해야 할까요? 일단 신호를 J와 K에 주면 출력이라고 할수 있는 Qt에서 위의 도표와 같은 신호로 변환되어 나온다고 합니다. 그런데, 문제는 위 도표에서 연분홍색으로 표시를 한 곳은 바로 토글상태라고 해서, 현재의 상태와 정 반대와 나오는 것으로 유명하다고 합니다. 이 때문에 J-K F/F가 많이 사용된다고 합니다. 참고로 S-R F/F라는 전용 회로칩도 있다고 하는데, 현재는 단종이 되었다고 합니다.

그리고 일반적으로 사용하는 디지털 회로는 펄스파인데, 이 펄스가 올라갈때 동작을 하는지, 내려갈때 동작을 하는 지에 대해서 구분을 한다고 합니다. 일반적인 디지털 장비는 보통 Falling edge라고 해서, 펄스가 내려갈 때 동작을 한다고 합니다. 이 원리를 다음과 같이 이용을 할 수 있다고 합니다.

즉 폴링 에지의 경우에는 위 그림에서 묘사가 되는 것처럼 주파수를 하락시킬 수 있는데, 이게 어디에 사용이 되느냐 하면, 일반적으로 라디오에서 방송용 주파수를 사람이 들을 수 있는 음파로 주파수를 내리는 데 사용한다고 합니다.

지금까지 왜 이런 장황한 이론을 이야기 했는가 하면, 바로 프로테우스(proteus)에서 위 스크린샷과 같이 파동을 주는 것으로 실습을 해보기 위해서입니다. 일단 태극마크로 되어 있는 곳을 클릭한 다음, Pulse라는 항목을 클릭하면 위 그림과 같이 전원과는 다르게 일종의 파동 공급원이라고 해야 할까요? 이런 곳이 생성되는 것을 볼 수 있습니다.

기본적으로 1Hz라는 하는 주파수로 설정이 되어 있습니다만, 이래서는 뭘 알아보기도 힘들기 때문에 이 수치를 변경시키고자 합니다.

시험삼아서 10Hz로 변경을 시켰습니다.

그냥 330Ω 의 저항만 연결한 다음, LED를 연결하자, 일정한 주기로 깜박이는 것을 볼 수 있었습니다. 이렇게 해서 일단 파동을 주는 원천이 제대로 동작을 할 수 있는 것을 프로그램 상에서는 확인할 수 있었습니다.

다음으로는 J-K F/F라고 해서 전용칩을 데리고 옵니다. 일련번호는 74LS73이라고 하는데, 여기서 1번 핀으로 CLK라고 하는 곳이 clock로, 위에서 소개한 펄스를 주는 원천과 연결이 되어야 하는 곳입니다. 

다음으로는 일련의 회로를 만들어 보았습니다. 여기서 이 회로의 특이한 점이라면 J-K F/F를 통과한 다음에는 펄스라고 해야 할까요? 주파수가 반으로 떨어졌다는 것입니다. 즉, AND게이트를 통과해서 신호를 받는 LED보다 2배로 느리게 J-K F/F를 통과한 LED가 느린 것을 볼 수 있습니다. 이렇게 주파수가 절반으로 떨어진 곳을 2분진이라고 합니다.

안 그래도 절반으로 떨어진 주파수를 또 절반으로 떨어뜨리는 J-K F/F칩을 통과시켜서 4분진이라고 해야 할까요? 원래 주파수의 1/4로 떨어진 것을 볼 수 있었습니다.

이렇게 실습한 내용은 수업의 마지막이 되어서 별것 없다는 생각이 들기도 했지만, 이론이 더 중요하다고 해야 할까요? 아무튼 이렇게 8분진이라고 해야 할까요? 정말 더 주파수를 떨어트리는 것까지 볼 수 있었습니다. 아마 다음주의 수업 시간이 되면, 브래드 보드에서 실제로 실습해 보리라 생각이 듭니다.